[發明專利]激光吸收光譜斷層重建光線分布優化方法及系統

有效

• 申請號: 201810480123.8
• 申請日: 2018-05-18
• 公開（公告）號: CN108918462B
• 公開（公告）日: 2020-03-03
• 發明（設計）人: 洪延姬;宋俊玲;辛明原;饒偉;王廣宇;馮高平;王明東
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍戰略支援部隊航天工程大學
• 主分類號: G01N21/39
• 分類號: G01N21/39
• 代理公司: 北京元周律知識產權代理有限公司 11540
• 代理人: 李花

本發明公開了一種激光吸收光譜斷層重建光線分布優化方法及系統，該方法包括：根據安裝的探頭組合生成的光線穿過被測區域的離散網格的長度，建立光線系數矩陣；選取譜線參數，設置氣體參數初始分布，結合光線系數矩陣，計算每條光線的投影值；對被測區域的溫度和組分濃度進行二維重建；計算重建誤差及標準差；采用混合粒子群算法，根據重建誤差和標準差評估重建效果，判斷最佳光線分布。該系統包括光線矩陣生成模塊、被測區域重建模塊和光線分布優化模塊。本發明提高了光線利用效率，同等探頭設置條件下重建結果得到改進。

技術領域

本發明涉及一種固定探頭位置的激光吸收光譜斷層重建光線分布優化方法及系統，屬于光學流場診斷領域中可調諧二極管激光吸收光譜技術和計算機斷層掃描重建技術的結合。

背景技術

可調諧二極管激光吸收光譜技術(TDLAS,Tunable Diode Laser AbsorptionSpectroscopy)是利用氣體分子的躍遷頻率與穿過激光的頻率相同時，分子吸收激光能量的原理，通過測量入射光與透射光的光強比值，確定氣體溫度、組分濃度等參數的氣體性質測量技術。TDLAS技術測量的結果是其光線穿過區域的路徑積分平均結果，也稱視線測量結果，對于氣體變化梯度較大的流場，其測量結果將失去意義。結合計算機斷層掃描重建技術，通過在不同位置、角度的視線測量，利用反演算法可實現對流場的二維分布，從而解決非均勻流場的測量問題。

在實際的流場測量中，由于應用平臺的空間限制以及被測對象的時變性，無法在測量平臺上安裝大量的探頭裝置，也不能通過旋轉、平移的方式增加流場內探測光線的數量。因此，在有限的探頭安裝條件下，合理、高效的設計光線分布，提高光線的利用效率，對提高流場重建測量的準確性有著重要的意義。

但是在部分發動機平臺的應用中，受到空間限制，可布置的光線數量非常少，采用的光線布局多為平行光或扇形光等規則性分布，其光線利用效率不如非規則光線分布高。現有的非規則光線分布并沒有考慮測量探頭的尺寸，測量法蘭需要專門設計，對工藝要求高，壞損維修難度大。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于，提供了一種激光吸收光譜斷層重建光線分布優化方法及系統，該方法及系統提高了光線利用效率，同等探頭設置條件下重建結果得到改進。在探頭安裝情況相同時，采用本發明的方法對光線分布進行優化，可以提高光線的利用效率，相比于其他的光線分布，可以有效提高被測區域的斷層重建測量結果。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種固定探頭位置的激光吸收光譜斷層重建光線分布優化方法，包括以下步驟：

S1：根據被測區域中安裝的探頭組合生成的光線穿過被測區域的離散網格的長度，建立光線系數矩陣；

S2：根據被測區域的氣體參數的分布范圍選取譜線參數，根據實際燃燒場的氣體參數分布規律設置氣體參數初始分布，結合光線系數矩陣，計算每條光線的投影值；利用代數迭代算法對被測區域的溫度和組分濃度進行二維重建；根據重建結果與氣體參數初始分布進行比較，計算重建誤差及標準差；

S3：采用混合粒子群算法，根據重建誤差和標準差評估重建效果，判斷最佳光線分布。

作為本發明的方法的進一步改進：

優選地，步驟S1包括：將被測區中安裝的探頭進行編號，將編號后的探頭每兩個為一組合轉換為對應的光線，將被測區域離散為若干個網格區域，計算所有光線穿過每個網格區域的長度，建立光線系數矩陣。

優選地，步驟S3中“根據重建誤差和標準差評估重建效果”包括：評估當前探頭組合群體的重建效果，找出重建誤差最小的探頭組合個體作為當前最優探頭組合個體，對比當前最優探頭組合個體的重建誤差與歷史最優探頭組合個體的重建誤差，若當前最優探頭組合個體的重建誤差更小，則以當前最優探頭組合個體替換歷史最優探頭組合個體的記錄；反之則保持歷史最優探頭組合個體的記錄不變。